[發明專利]一種單目機器人上的目標人發現與跟隨方法

有效

• 申請號: 201710309607.1
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107230219B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 路紅;駱頗;李超鵬;李寶根;白云漢;楊博弘;姚澤平;張文強;張睿;陳辰;薛向陽;樊清濤;徐林
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于計算機圖像處理技術領域，具體為一種單目機器人上的目標人發現與跟隨方法。本發明步驟包括：機器人同時定位和建圖，運動幀與運動區域檢測，在運動幀的運動區域進行視覺目標檢測，視覺目標人追蹤，視覺目標人跟隨。本發明利用機器人移動過程中的場景變化檢測來分析需要進行目標檢測的區域，利用深度網絡進行室內人的檢測，利用視覺追蹤算法對目標進行追蹤，并控制機器人進行主動跟隨。本發明基于對象視覺特征，結合機器人同時定位和見圖過程對場景的估計，能夠對室內目標人進行有效的發現和跟隨。本發明能夠在多樣的圖像和復雜的背景下，在室內場景對目標人進行有效的發現、追蹤與跟隨。

技術領域

本發明屬于計算機圖像處理技術領域，具體涉及一種單目機器人上的目標人發現與跟隨方法。

背景技術

隨著服務機器人得到越來越多的研究和應用。如何在室內環境下的低成本輪式單目機器人上實現對人的有效準確的發現和跟隨也是目前的研究熱點之一。服務機器人在對人進行發現和跟隨的基礎上，可以為人提供具體的服務，提高人們的生活品質。

利用計算機視覺的技術進行目標人的發現和主動跟隨是一個非常具有挑戰性的工作。首先，我們需要在機器人運動過程中采集的圖像上進行場景變化的分析，以確定需要檢測的圖像幀和區域。在圖像的變化區域進行目標檢測來發現目標位置。在獲取目標位置之后，目標追蹤算法對目標持續進行追蹤，并為機器人主動跟隨提供方向信息。

在機器人上進行視覺目標人的發現和跟隨，通常過程就是從圖像中檢測人的位置，并對目標人進行持續的視覺追蹤，使用視覺追蹤的結果來控制機器人前進的方向。這個過程中目標人的檢測算法運行速度快慢，視覺目標人的追蹤算法的魯棒性、高效性和適應性均是相關研究領域的熱點。由于較好的目標檢測算法一般不能夠達到實時應用，所以出現了很多對于場景變化進行研究的成果。總體而言，視覺目標人檢測算法的研究和視覺目標人追蹤的研究中，視覺特征的選取和設計表現了由低到高，即從底層特征向高層特征過度的趨勢。底層特征通常沒有包含與目標整體相關的語義信息，一些常用的底層特征例如：顏色特征、紋理特征、形狀特征等。高層特征在考慮了目標的整體特點之后，對底層的特征進行組合。

到目前為止，很多研究者提出了許多的基于計算機視覺的目標檢測算法。比如，有的研究者利用圖像的紋理信息，統計直方圖作為特征來訓練一個分類模型。有的研究者利用圖像的隨機區域內的灰度作為特征，使用帶有特征選擇能力的分類器建立分類模型。很多研究者提出了許多的基于計算機視覺的目標追蹤算法。比如，有的研究者利用圖像區域內的灰度值，提取壓縮感知特征來表示目標的位置。在視覺目標追蹤對于圖像信息的利用這個層面來講，以往的工作主要集中在使用更高級的模型來從圖像中提取目標的信息。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠提供魯棒的、高效的、準確的、適應性強的基于計算機視覺的室內低成本輪式單目機器人上的目標發現和跟隨方法。

本發明提供的基于計算機視覺的室內低成本輪式單目機器人上的目標發現和跟隨方法，利用機器人移動過程中的場景變化檢測來分析需要進行目標檢測的區域，利用深度網絡進行室內人的檢測，利用視覺追蹤算法對目標進行追蹤，并控制機器人進行主動跟隨。

本發明提出的基于計算機視覺的室內低成本輪式單目機器人上的目標發現和跟隨方法，是基于對象視覺特征，結合機器人同時定位和建圖過程對場景的估計，能夠對室內目標人進行有效的發現和跟隨。在多樣的圖像和復雜的背景下，該方法能夠較為準確地在室內發現人并且控制機器人跟隨人。其具體步驟如下：

(1)機器人同時定位和建圖；

(2)運動幀與運動區域檢測；

(3)在運動幀的運動區域進行視覺目標檢測；

(4)視覺目標人追蹤；

(5)視覺目標人跟隨；

其中：